CN103983288A - 一种光刻读技术的绝对光栅传感装置 - Google Patents
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Abstract
光刻录制作主光栅尺，将在与主光栅尺平移方向垂直的线性方向划分多个编码区，每一编码区按2的N次方确定N条编码码道，在各编码区内按不重复编码方式编制二进码，任意选定一编码区为基准编码区并规定为1区，在基准编码区的各条码道上按二进制编码，在与主光栅尺平移方向垂直的线性方向光刻二进制编码，按主光栅尺平移方向从N个0到N个1顺序重复光刻录，依据选定的基准编码1区，任选另一编码区为编码2区，同样按主光栅尺平移方向，依据基准编码1区的一个N个0到N个1所占物理宽度为一编码宽度，进行在与主光栅尺平移方向垂直的线性方向光刻二进制编码，据此类推。规定的编码区号顺序，各编码区的光电接收光信号在主光栅尺的任一位置将是绝对不重复的唯一编码。
Description
所属技术领域
本发明涉及一种光刻读技术的绝对光栅传感装置，尤其是进行精密检测行程位置定位、转动角以及实现多维编码。
背景技术
光栅在线检测位置状态是线性行程位置定位、转角位置定位和多维空间位置定位的常用检测方法。行程、位移检测，为防止检测过程中，光电信号失去、错码，被检测物发生移动或转动，就无法可靠准确地检测定位。
发明内容
为了克服目前绝对光栅的检测方法，本发明采用一种光刻读技术，在光栅尺上激光按一定规律刻录光高反射点和不反射光的凹陷点，检测激光在经过光栅尺上特定的位置将形成一串二进制编码，直接读取的二进制编码通过译码器直接读出绝对位置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：在热稳定性良好和膨胀系数极低的类似DVD或VCD光盘材质上，光刻录制作主光栅尺，将在与主光栅尺平移方向垂直的线性方向划分多个编码区，每一编码区按2的N次方确定N条编码码道，在各编码区内按不重复编码方式编制二进码，任意选定一编码区为基准编码区并规定为1区，在基准编码区的各条码道上按二进制编码，在与主光栅尺平移方向垂直的线性方向光刻二进制编码，按主光栅尺平移方向从N个0到N个1，再从N个0到N个1顺序重复光刻录，依据选定的基准编码1区，任选另一编码区为编码2区，同样按主光栅尺平移方向，依据基准编码1区的一个N个0到N个1所占物理宽度为一编码宽度，进行在与主光栅尺平移方向垂直的线性方向光刻二进制编码，按主光栅尺平移方向从N个0到N个1，再从N个0到N个1顺序重复光刻录，依据此设计方式类推，光刻录制作主光栅尺上编码。按主光栅尺平移方向垂直的线性方向，依据已规定的编码区号顺序，光电接收的光信号在主光栅尺的任一位置将是绝对不重复的唯一编码。为了详细说明技术方案，列举6编码区，每编码区3条编码码道，二进制编码的光刻读技术的绝对光栅传感装置，基准编码1区的与主光栅尺平移方向垂直的线性方向3条码道上各光刻0，0，0，在各条码道的0，0，0后顺序光刻0，0，1等系列顺序编码，形成000，001，010，011，100，101，110，111共8组二进制编码并重复光刻编制，编码2区的与主光栅尺平移方向垂直的线性方向3条码道上各按基准编码1区8组二进制编码物理宽度光刻000，001，010，011，100，101，110，111共8个二进制编码并重复光刻编制，编码3区以编码2区8组二进制编码物理宽度光刻000，001，010，011，100，101，110，111共8组二进制编码并重复光刻编制，类推6编码区可排列组合成8的6次方无重复编码，共262144条不重复编码，随光刻录技术的高速发展，二个相邻二进制码的中心位置已达到0.4微米精度，1毫米长度可光刻录2500个二进制编码，262144÷2500=104.8576毫米，262144个二进制编码可实现104.8576毫米长绝对光栅传感装置，需要更长的绝对光栅传感装置仅需基准编码1区的6种不同排序能够有6×104.8576÷1000＝0.6291456米的绝对定位光栅尺。结合电子技术的6个编码区进行排列组合顺序存储记忆，还可以专设104.8576毫米长的位置区段识别光刻录编码结合6个编码区组成光刻读技术的绝对光栅传感装置，实现更长的检测。光栅相对移动时，每一个激光头的激光在基准编码1区的读录编码顺序分别是00001111，00110011，01010101共8个二进制编码，三个激光头读录编码同位对应才能是000，001，010，011，100，101，110，111共8组二进制编码，1个二进制编码实际就是在光栅尺上的1个反光平面或1个不反光的凹坑，如果在1个反光平面的左右二侧是不反光的凹坑或1个不反光的凹坑的左右二侧是反光平面，则激光在每一位二进制编码上扫描，实际就是一个类似正弦波的半个波识别，如果所读录的是1个反光平面，则是1个正的半波，如果所读录的是1个不反光的凹坑，则是1个负的半波，每一个激光头的激光在基准编码1区的读录编码顺序分别是00001111，00110011，01010101共8个二进制编码，不论编码位数多少，其中最低位的一个激光头的激光在基准编码1区的读录是按01010101编码顺序并重复读录，在激光头扫描过的光感强度变化将是1个连续的类似正弦波形，确定半波并以移动方向的半波起点作为参考点，采用电子细分方式实现纳米级检测。类推此方法按主光栅尺的任意不同位置其编码一定不会相同，替代现行的光栅尺，实现光刻录和检测绝对定位光栅尺。
本发明的有益效果是：光栅尺不再专设定位窗口，断电恢复无需寻零位，编码简易且位数多，直接显示当前位置。直接在主光栅尺进行物理细分，也可软件再细分，主光栅尺抗污染能力增强，电子电路部分简单，抗干扰能力增强，检测系统稳定可靠性提高，检测精度和检测长度提高。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是主光栅尺光刻录结构原理图。
图2是光刻读绝对光栅传感装置光电原理图。
图3是最低位激光头在基准编码1区的读录编码顺序扫描光感强度波形图。
图中1.主光栅尺编码3区，2.主光栅尺基准编码1区二进制编码，3.主光栅尺基准编码1区，4.发射光线，5.激光发射器，6.主光栅尺编码区二进制编码反射光镜面，7.主光栅尺编码区二进制编码非反射面凹坑，8.光电接收管，9.三棱镜反射折射光，10.直角三棱镜，11.主光栅尺，12.读录编码顺序扫描光感最强位置，13.读录编码顺序扫描光感最弱位置。
在图1所示实施例中，主光栅尺由主光栅尺编码3区(1)，主光栅尺基准编码1区(3)和其它2组编码区共组成4个编码区，主光栅尺基准编码1区二进制编码(2)按000、001、010、011、100、101、110、111共8组二进制码为1个长度，重复向后光刻录编制。
在图2所示实施例中，激光发射器(5)发射光线(4)垂直透射直角三棱镜(10)到主光栅尺(11)的主光栅尺编码区二进制编码反射光镜面(6)，主光栅尺(11)的主光栅尺编码区二进制编码反射光镜面(6)将发射光线(4)通过直角三棱镜(10)斜面水平折射三棱镜反射折射光(9)到光电接收管(8)，光电接收管(8)接收到三棱镜反射折射光(9)，显示二进制码为1或0，激光发射器(5)发射光线(4)垂直透射直角三棱镜(10)到主光栅尺(11)的主光栅尺编码区二进制编码非反射面凹坑(7)，主光栅尺编码区二进制编码非反射面凹坑(7)不反射三棱镜反射折射光(9)，光电接收管(8)接收不到三棱镜反射折射光(9)，显示二进制码为0或1。
在图3所示实施例中，最低位激光头在基准编码1区的读录编码顺序扫描光感强度波形图中读录编码顺序扫描光感最强位置(12)是主光栅尺编码区二进制编码反射光镜面(6)的三棱镜反射折射光(9)产生的，读录编码顺序扫描光感最弱位置(13)是主光栅尺编码区二进制编码非反射面凹坑(7)产生的。
Claims (3)
1.一种光刻读技术的绝对光栅传感装置，在热稳定性良好和膨胀系数极低的类似DVD或VCD光盘材质上，光刻录制作主光栅尺，将在与主光栅尺平移方向垂直的线性方向划分多个编码区，每一编码区按2的N次方确定N条编码码道，在各编码区内按不重复编码方式编制二进码，任意选定一编码区为基准编码区并规定为1区，在基准编码区的各条码道上按二进制编码，在与主光栅尺平移方向垂直的线性方向光刻二进制编码，按主光栅尺平移方向从N个0到N个1，再从N个0到N个1顺序重复光刻录，依据选定的基准编码1区，任选另一编码区为编码2区，同样按主光栅尺平移方向，依据基准编码1区的一个N个0到N个1所占物理宽度为一编码宽度，进行在与主光栅尺平移方向垂直的线性方向光刻二进制编码，按主光栅尺平移方向从N个0到N个1，再从N个0到N个1顺序重复光刻录，依据此设计方式类推，光刻录制作主光栅尺上编码。按主光栅尺平移方向垂直的线性方向，依据已规定的编码区号顺序，光电接收的光信号在主光栅尺的任一位置将是绝对不重复的唯一编码。为了详细说明技术方案，列举6编码区，每编码区3条编码码道，二进制编码的光刻读技术的绝对光栅传感装置，基准编码1区的与主光栅尺平移方向垂直的线性方向3条码道上各光刻0，0，0，在各条码道的0，0，0后顺序光刻0，0，1等系列顺序编码，形成000，001，010，011，100，101，110，111共8组二进制编码并重复光刻编制，编码2区的与主光栅尺平移方向垂直的线性方向3条码道上各按基准编码1区8组二进制编码物理宽度光刻000，001，010，011，100，101，110，111共8个二进制编码并重复光刻编制，编码3区以编码2区8组二进制编码物理宽度光刻000，001，010，011，100，101，110，111共8组二进制编码并重复光刻编制，类推6编码区可排列组合成8的6次方无重复编码，共262144条不重复编码，随光刻录技术的高速发展，二个相邻二进制码的中心位置已达到0.4微米精度，1毫米长度可光刻录2500个二进制编码，262144÷2500＝104.8576毫米，262144个二进制编码可实现104.8576毫米长绝对光栅传感装置，需要更长的绝对光栅传感装置仅需基准编码1区的6种不同排序能够有6×104.8576÷1000＝0.6291456米的绝对定位光栅尺。结合电子技术的6个编码区进行排列组合顺序存储记忆，还可以专设104.8576毫米长的位置区段识别光刻录编码结合6个编码区组成光刻读技术的绝对光栅传感装置，实现更长的检测。光栅相对移动时，每一个激光头的激光在基准编码1区的读录编码顺序分别是00001111，00110011，01010101共8个二进制编码，三个激光头读录编码同位对应才能是000，001，010，011，100，101，110，111共8组二进制编码，1个二进制编码实际就是在光栅尺上的1个反光平面或1个不反光的凹坑，如果在1个反光平面的左右二侧是不反光的凹坑或1个不反光的凹坑的左右二侧是反光平面，则激光在每一位二进制编码上扫描，实际就是一个类似正弦波的半个波识别，如果所读录的是1个反光平面，则是1个正的半波，如果所读录的是1个不反光的凹坑，则是1个负的半波，每一个激光头的激光在基准编码1区的读录编码顺序分别是00001111，00110011，01010101共8个二进制编码，不论编码位数多少，其中最低位的一个激光头的激光在基准编码1区的读录是按01010101编码顺序并重复读录，在激光头扫描过的光感强度变化将是1个连续的类似正弦波形，确定半波并以移动方向的半波起点作为参考点，采用电子细分方式实现纳米级检测。类推此方法按主光栅尺的任意不同位置其编码一定不会相同，替代现行的光栅尺，实现光刻录和检测绝对定位光栅尺。
2.根据权利要求1所述的一种光刻读技术的绝对光栅传感装置，其特征是：光刻录技术的绝对光栅尺，光刻录编码排布方式严格按权利要求1所述的方式组合。
3.根据权利要求1所述的一种光刻读技术的绝对光栅传感装置，其特征是：基准编码1区的最低位的一个激光头的激光读录是按01010101编码顺序并重复读录，在激光头扫描过的光感强度变化将是1个连续的类似正弦波形，确定半波并以移动方向的半波起点作为参考点，采用电子细分方式实现纳米级检测。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN109579711A (zh) * | 2018-11-16 | 2019-04-05 | 广州市精谷智能科技有限公司 | 一种绝对位置位移传感器光栅绝对位置编码及译码方法 |
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2013
- 2013-09-13 CN CN201310433115.5A patent/CN103983288A/zh active Pending
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| CN109579711A (zh) * | 2018-11-16 | 2019-04-05 | 广州市精谷智能科技有限公司 | 一种绝对位置位移传感器光栅绝对位置编码及译码方法 |
| CN109579711B (zh) * | 2018-11-16 | 2020-08-18 | 广州市精谷智能科技有限公司 | 一种绝对位置位移传感器光栅绝对位置编码及译码方法 |
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